TEMA 5 EL TRANSISTOR BIPOLAR

Transcripción

1 TMA 5 TRANSSTOR POAR STRUTURA ÁSA Partimos de una unión P-N polarizada en inversa: nyección electrones P N O R Sólo pueden atravesar la unión los portadores minoritarios generados térmicamente. a corriente inversa O depende sólo de la temperatura, siendo independiente de y R en un margen amplio. 1

2 4 NYÓN D TRONS - on cañón electrónico - on otra unión polarizada directamente misor ase olector N e - P N R R misor: emite portadores olector: recoge (colecciona) portadores Transistor ipolar de Unión: JT (ipolar Junction Transistor) ANÁSS UATATO Se puede: - nyectar electrones en zona P > Transistor NPN - nyectar huecos en zona N > Transistor PNP N P N P N P - 2

3 4ARATRÍSTAS - ase estrecha y poco dopada para que la mayoría de portadores procedentes del emisor pasen al colector - misor más impurificado que el colector para inyectar un elevado número de portadores TRANSSTOR N RUTO ARTO - Todas las corrientes nulas - arreras de potencial de las uniones se ajustan a los potenciales de contacto: N A N D O T ln 2 n - Si las concentraciones de misor y olector son iguales, los perfiles de minoritarios sería: i p no n Po n Po O P N P J J P N P J J 3

4 POARZAÓN N RGÓN ATA - Región activa > unión de emisor (J ) polarizada en directa y la unión de colector (J ) polarizada en inversa R R ey de la unión: p n η T () p e n n P p n n Po p no P N P J J n Po n P O J J P N P OMPONNTS D A ORRNT P N P p n p1 p - p1 p n R R p n n p Ya que mucho más impurificado que ( p p1) p n p1 orriente de recombinación en la base α α α p1 4

5 GANANA D ORRNT α ON GRANDS SÑAS incremento α incremento desde corte desde corte J en circuito abierto,9 < α <,995 Depende de, y Temperatura UAÓN GNRAZADA α α Sólo es válida en la región activa 4Para generalizar la ecuación: reemplazar O por la corriente de un diodo P-N. α diodo e η T J 1 J e η T 1 η T α e 1 α 1 e η T 5

6 cuación generalizada del transistor α 1 e η T 4cuación similar a la del fotodiodo: T η e 1 S S Aquí los portadores minoritarios son creados por la luz n el transistor los portadores minoritarios son inyectados por la unión de emisor polarizada en directa TRANSSTOR OMO AMPFADOR R n zona activa: α α R R α re Ganancia A α R r e α R r e resistencia dinámica de J 6

7 R A α r e 4jemplo Si r R e 4Ω 3KΩ α 1 A 75 a corriente se transfiere desde el circuito de entrada, de baja resistencia, al circuito de salida de resistencia más elevada TRANSSTOR TRANSFR RSSTOR ONFGURAÓN N AS OMÚN R O TRT. pnp en región activa positiva, negativas positiva negativa 7

8 4ARATRÍSTAS D NTRADA: φ 1 (, ) () TRT. p-n-p de Germanio,6,4,2 J en circuito abierto (ma) Si aumenta con constante > aumenta por el efecto arly ( si p n aumenta) fecto arly fecto arly: ariación del perfil de concentración de portadores minoritarios en la base con p n P N P W Pequeña polarización inversa gran polarización inversa Anchura efectiva de la base: W W -W ancho zona carga espacial ancho real base W onsecuencias del efecto arly: - menor recombinación en la base cuando aumenta aumenta > α aumenta e disminuye - p n aumenta cuando aumenta > aumenta -W puede reducirse a cero > peligro de perforación de la base 8

9 4ARATRÍSTAS D SADA: φ 2 (, ) α 1 e η T (ma) TRT. p-n-p R -4 4 ma Recta de carga 3 ma 2 ma 1 ma Recta de carga: () R Pendiente: R R 1 R Región activa J polarizada en directa J polarizada en inversa -4-3 (ma) Primer cuadrante de la gráfica Región Activa -2-1 ma () T η α e 1 α prácticamente independiente de -> ligera pendiente (,5%) por el efecto arly: menor recombinación en la base > α aumenta e disminuye 9

10 Región de saturación J polarizada en directa J polarizada en directa Región Saturación (ma) Segundo cuadrante de la gráfica ma Región Activa () a saturación se produce cuando aumenta demasiado para una determinada R -> aumenta exponencialmente con la tensión de acuerdo con la característica del diodo: η T 1 e Región de corte J polarizada en inversa J polarizada en inversa Prácticamente eje de abscisas Región Saturación (ma) ma Región Activa Región orte () 1

11 ONFGURAÓN N MSOR OMÚN R 4ARATRÍSTAS D NTRADA: f 1 (, ) -,6 -,5 -,4 -,3 -,2 -,1 () TRT. p-n-p de Germanio -1 -,3 -,2 -, (ma) Si aumenta con constante > disminuye por el efecto arly (menor recombinación en la base) 11

12 4ARATRÍSTAS D SADA: f 2 (, ) R (ma) Recta de carga: Recta de carga TRT. p-n-p ,35 ma -,3 ma -,2 ma -,15 ma -,1 ma R Pendiente: R R -,25 ma -,5 ma ma Hipérbola de máxima disipación: P < P max () 1 R Región activa J polarizada en directa; J polarizada en inversa (ma) α ( ) α Región Activa Si aumenta con constante > aumenta por el efecto arly ma () α β 1 β 1 α 1 α 1 α α β 1 α ( β ) 12

13 β 1 β 1 α ( β ) β Termino despreciable, ya que tiene un valor muy pequeño (del orden de µa o na) Por lo tanto se puede decir que en zona activa: β α β 1 α Parámetro de gran dispersión α,9 > β 9,9 < α <,995 α,99 > β 99 α,995 > β < β < 199 Región de corte J polarizada en inversa; J polarizada en inversa (ma) Región de orte Región Activa ma () Realmente es algo superior a debido a las corrientes de fugas superficiales: átomos superficiales > enlaces rotos > huecos 13

14 Región de saturación J polarizada en directa; J polarizada en directa Se denomina así porque no aumenta más con. No se cumple β -5 (ma) Región Activa Región Saturación Región de orte ma () R (ma) Recta de carga -,2 ma -,15 ma -,1 ma -,5 ma -,1 -,2 -,3 -,4 -,5 () J y J polarizadas en directa > - décimas de voltio Trt. pnp Ge > >,2 ; >,2 - -,2 Recta de carga: R sat sat sat R R R R 14

15 4RSSTNA D DSPRSÓN D AS (r bb ) onstrucción planar (difusión) de transistores Sección base mucho menor que secciones de emisor y colector. Dopado de base menor que dopado de emisor y colector. > resistencia óhmica de la base mucho mayor que la resistencia óhmica del emisor y colector. a resistencia óhmica de la base se denomina resistencia de dispersión de la base (r bb ). alores típicos en torno a los 1 Ω. 4GANANA D ORRNT ONTNUA (β o h F ) * β de continua Relación directa de transferencia en continua n zona activa β 1 β 1 α β h F ( β ) β α 1 α 15

16 n saturación sat R onociendo β en saturación se puede calcular sat sat sat β β R orriente de base mínima para saturar al transistor n saturación > > sat sat β l parámetro α depende de, además de T y > β también depende de > β también depende de urva de β para tres muestras de transistor de Germanio (valor bajo de ) β β alta β media β baja (ma) β parámetro de gran dispersión,9 < α <,995 9 < β <

17 4AORS TÍPOS D TNSONS N OS TRANSSTORS Transistor pnp Si Ge sat sat act umbral corte -,2 -,8 -,7 -,5 -,1 -,3 -,2 -,1,1 Transistor npn > mismos valores pero con signos contrarios 4URAS D ORRNT D OTOR N FUNÓN D A TNSÓN AS-MSOR TRT de Ge pnp (valores negativos) ( ) 1 α base en cortocircuito S,2,1 -,1 -,2 -,3 base en circuito abierto () orte Umbral Activa Saturación 17

18 ONFGURAÓN N OTOR OMÚN (SGUDOR D MSOR) R O Mismas gráficas que en misor omún MÁXMA TNSÓN AANZA 4POTNA MÁXMA (ma) ,35 ma -,3 ma -,25 ma -,2 ma -,15 ma -,1 ma -,5 ma ma Hipérbola de máxima disipación: P < P max () 18

19 4RUPTURA POR AAANHA -> máxima tensión - con misor en circuito abierto -> máxima tensión - con ase en circuito abierto 1 n ; 2 < n < 1 β 4RUPTURA POR PRFORAÓN Debido al efecto arly la ampliación de la zona de carga espacial al aumentar la polarización inversa de la unión de colector con, puede llegar a ocupar toda la base > la base desaparece (se produce perforación) > corriente de colector a emisor aumenta enormemente y se puede destruir el transistor. l límite máximo de tensión viene dado por la potencia máxima, la avalancha o la perforación. l límite lo marca el valor más restrictivo, es decir, la tensión que sea más baja en cada transistor. 19